博客

更坚固的 Stratum 3E OCXO

在上周的博客中，我们讨论了 OCXO 的基础知识-它们如何实现精确的稳定性，以及它们如何引起头痛，尤其是对于电路板设计人员而言。在这里，我们深入探讨电信应用的时序要求，重点关注与稳定性相关的规范。我们还公布了有关Emerald Platform™ OCXO的更多详细信息，这是一种改变游戏规则的全新 Stratum 3E 解决方案 [1]。

那么电信最重要的参数是什么？让我们从基础知识开始......频率稳定性，振荡器最基本的规格。该规格表示由于外部条件导致的输出频率的偏差。稳定性数字越小意味着性能越好。对于 OCXO，频率稳定性通常以十亿分之一 (ppb) 表示。

温度变化是频率偏差的主要原因之一。在下图中，我们展示了四种不同的类似额定器件（包括基于 SiTime MEMS 的 Emerald OCXO）在 -40 ° C 至 +85 ° C 温度范围内随温度上升和下降（滞后）的频率稳定性。 Emerald 器件（如绿线所示）的性能增量仅为 1.5 ppb，比第二接近的 OCXO 好四倍。  

Emerald 器件具有令人印象深刻的频率稳定性，这对于同步以太网 (ITU-T G.8262) 和 IEEE 1588 等同步应用至关重要。这种稳定性使振荡器能够在系统通过保持处于自由运行状态时保持稳定的时钟。 2]在网络故障情况下。但更重要的是在现实操作条件下保持这种稳定性，例如温度快速变化、机械振动或其他可能影响时钟性能的动态条件。

让我们仔细看看频率与温度斜率，这是精密振荡器的一个关键指标。也称为 ΔF/ΔT ，该测量量化了振荡器对以 1 ° C 为增量的温度变化的敏感度。同样，数字越低越好，因为它代表频率偏差。祖母绿产品的额定值为50 ppt/°C（ppt = 万亿分之一） 。下图显示了Emerald OCXO 与相同的三种石英 OCXO 相比的ΔF/ΔT性能。

电信系统使用会产生大量热量并需要冷却风扇的高性能组件。当处理器循环和风扇打开和关闭时，可能会出现明显的温度瞬变。但是，当内部系统温度与意外和极端的外部天气条件结合在一起时会发生什么？或者考虑一下如果冷却风扇发生故障且内部温度显着升高会发生什么情况。下图显示了祖母绿和石英 OCXO 在正常工业工作温度范围以上的表现。

时域稳定性

从频域切换到时域，让我们看看艾伦偏差 (ADEV)，这是电信工程师的另一个重要指标。 ADEV 是时域中振荡器稳定性的度量，有时称为短期频率稳定性。使用 ADEV 是因为与标准偏差相比，它可以收敛更多类型的振荡器噪声。它考虑了相位调制、频率调制和随机游走频率等内容。 Emerald 设备的 2e-11 ADEV 平均时间为 10 秒，可保持惊人的一致性能。下图显示了 Emerald 设备在有气流和无气流的情况下的表现。

电信应用的其他常见时序稳定性指标包括 TDEV（时间偏差）和 MTIE（最大时间间隔误差）。无论是否有气流，Emerald OCXO 在作为这些测量标准的指定 ITU-T G.8262 EEC2 模板集内均表现良好。下载我们的Emerald 产品简介以查看 TDEV 和 MTIE 图。

超越温度变化的稳健性

除了能够抵抗气流和快速温度变化之外，Emerald OCXO 几乎不受振动影响，振动也会导致频率变化。这种弹性至关重要，因为电信设备经常受到振动，特别是在室外部署时。风、重型车辆和火车只是众多振动源中的几个例子。 Emerald 产品偏差仅为 0.1 ppb/ g ，非常适合户外杆式安装设备。

除了可能对振荡器稳定性造成严重破坏的所有外部因素之外，即使外部环境条件保持恒定，振荡器内也可能存在内部变化，从而随着时间的推移改变振荡器频率。这就是所谓的老化。 Emerald OCXO 具有出色的老化规格，每日老化为± 0.25 ppb， 20 年老化为± 500 ppb。

祖母绿产品还不受潮湿影响，因此不需要像传统石英 OCXO 那样容易泄漏的额外密封。而且，由于 Emerald 器件具有片上稳压器，因此它们不会受到可能降低时钟性能的电源噪声的影响，因此无需外部 LDO 或铁氧体磁珠。最后，由于 Emerald 产品使用硅 MEMS 谐振器，因此它们具有半导体级别的质量，并且不会像石英 OCXO 那样出现批次间不一致的问题。

解决快速变化的条件下长期存在的问题

Emerald 平台能够抵抗各种动态条件。这些器件旨在在石英 OCXO 传统上无法承受的恶劣环境中保持稳定性。电信设备制造商不再需要担心定时组件是系统中最薄弱的环节。并且服务提供商可以较少担心由于计时而导致的系统故障和服务中断。 Emerald OCXO 在不同批次、不同环境下都能提供始终如一的稳定性能。

敬请关注我们关于 OCXO 的系列文章的下一篇博客，了解新型 MEMS OCXO 如何凭借与可编程性、尺寸和功耗相关的独特优势使设计和开发变得更加轻松。

……………………………………………………

[1] Stratum 3 时钟在 20 年内的自由运行稳定性为 ±4.6 ppm，在 24 小时内的保持要求为 ±0.37 ppm (±370 ppb)，两者均包括所有条件下的频率误差。 Stratum 3E 是 Stratum 3 的更精确版本，具有相同的 ±4.6 ppm 自由运行稳定性，但在 24 小时保持规格上具有 ±0.012 ppm (±12 ppb)，比 Stratum 3 严格 37 倍。

[2] 保持是与外部精确频率和/或时间参考同步并且暂时丢失该参考信号的系统所使用的一种操作模式。本地振荡器应具有在外部参考丢失后在系统中定义的限制内维持或保持稳定的频率和/或时间的能力。

有关定时术语的更多信息，请下载我们的振荡器术语表。

……………………………………………………

感谢客户工程总监 Jim Holbrook 对本文的贡献。